鱼则行， 徐 超

(西北工业大学 航天学院，西安 710072)

结构健康监测(Structural Health Monitoring, SHM)是指通过获取响应信号及系统特性等信息评估工程结构受损情况、预测结构寿命的一项智能技术。其中，基于弹性导波的健康监测方法因其响应速度快、对结构影响小、对微小损伤敏感等特点，在实际工程中受到越来越多的关注[1]。弹性波在结构中传播会发生反射、干涉、衍射、相速度频散等现象，这给信号测量和信息提取带来了困难与挑战。因此，有效模拟弹性波在结构中的传播行为和数值研究损伤对波传播的影响现象等对发展基于弹性导波的结构健康监测方法至关重要。

压电片因为体积质量小、频率带宽、易集成等特点，作为导波激发和敏感元件被广泛应用于结构健康监测领域。研究弹性波在含压电元件的结构中传播时，须考虑压电元件的耦合效应对波传播行为的影响。邓庆田[2]采用有限元方法研究了在纵向载荷下层合压电杆的频域动力学响应。李鹏[3]研究了界面、梯度功能材料等因素对波在压电元件中传播的影响，其对复合材料压电设备的设计分析以及测量有重要意义。杜朝亮等[4]则采用回传矩阵-射线方法对横观各向同性的压电结构进行了频域的波传播分析。Wang[5]结合二维单层单元与三维多层压电单元，建立了双压电晶片悬臂梁的有限元方法，研究了结构在压电效应下的静力学与动力学响应。Ippolito等[6-9]基于经典有限元数值模拟方法研究了压电耦合结构中的波传播文献，但需要注意的是传统有限元方法在求解结构弹性波传播问题时存在计算耗费大、精度低等问题，很难应用于复杂结构的大规模波传播模拟。……